智能家居控制系统的研究与设计

[摘 要]随着科技的进步，我国居民的生活水平也实现了进一步的提高，并且对于家居的需要和需求都在不断地增长，智能家居作为一种新的家居形式，可以为人们的生活带来更多的便利，因此，智能家居将是未来我国消费者和居民对家居的一项新需求。本文就针对智能家居控制系统的研究与设计进行简单分析，以供参考。

[关键词]智能家居控制系统 研究 设计

中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0098-01

目前，我国的智能家居控制系统已经得到了一些有益的发展，智能家居市场也相继出现，不断的有相关智能家居产品问世，但是我国的智能家居产业发展前景并不乐观。这种问题聚焦为我国的智能家居产品的生产没有一个全国通用的统一标准，每个智能家居生产厂家都根据自己公司的相关技术能力开发符合本公司特点的智能家居产品，这种产品生产的无规则性严重制约了智能家居的生产和开发。

一、智能家居控制系统的基本概述

（一）优势分析

与普通家居相比，智能家居不但保持了传统家居的居住功能，而且还新增了建筑网络通信，配备了信息化家电，实现了家居设备自动化。智能家居系统成为将系统、结构、服务、管理融合为一体的高效率、高舒适度、高安全感、高方便性和具有环保性的新型居住环境。

（二） 需求分析

智能家居指的是利用嵌入式技术、网络技术与通信技术，将智能家居的各子系统有机地与人们的日常家庭生活联系在一起，通过综合管理，增加人们生活和家居的舒适感与安全度。第一章论述了国内智能家居系统的发展状态。目前，智能家居系统通常是在高端酒店和住宅布局和安装。智能家居系统在普通人家里的大规模推广困难有两个主要原因：布线复杂不利于完成住宅建设布局和安装;系统单调，缺乏可以定制和个性化的服务。

二、智能家居控制系统技术

（一）无线组网技术

常见的构建“无线家居”的无线通信组网技术如下：蓝牙是一种支持设备短距离通信的无线电技术，是由东芝、爱立信、IBM、Intel、和诺基亚于1998年5月共同提出的近距离无线数据通讯技术标准。HomeRF是由HomeRF工作组开发的，适合家庭区域范围内，在PC和用户电子设备之间实现无线数字通信的开放性工业标准[1]。Zigbee是ZigBee联盟建立的技术标准，基于IEEE802.15.4标准，主要适用于自动控制和远程控制领域。

（二）WIFI组网技术

WIFI无线网络的拓扑结构主要有两种：分别是Ad-Hoc结构模式和Infrastructure结构模式。Ad-Hoc结构是一种省去了无线AP（Accesspoint）而搭建起的对等网络结构。Infrastructure结构是WIFI网络应用最为广泛的结构，它是STA（工作站）和无线AP共同搭建起来的网络结构，整个网络成星状，中间的无线AP起桥接作用，这样所有的STA就可以通过无线AP与其它有线或无线网络进行信息交互。本次设计采用的主要也是该模式[2]。

（三）WIFI无线传感器网络的结构

WIFI无线传感器网络由采集系统、WIFI无线网卡、ARM嵌入式系统、无线AP等四部分组成。所有测试节点通过控制WIFI无线网卡将测试数据传输到无线接入点，再由无线接入点桥接转发到远端的控制台。每个测试节点以ARM嵌入式系统作为控制中枢，嵌入式系统通过总线接口控制采集系统的数据采集，同时通过RS232接口控制WIFI无线网卡的数据收发。

三、智能家居控制系统方案设计

（一）智能家居控制系统结构设计

本论文设计主要将智能家居控制系统主要分五个部分组成：电源部分、控制器模块、各个功能子模块、智能家居控制系统内部通信以及智能家居控制系统外部通信。电源部分：电源部分是为整个智能家居控制系统供电，因此是硬件设计的重点，在控制设备设计中是用直流开关电源接220V电压来接入设备为系统供电，现在的ARM处理器为了减少系统的功耗、便于电源管理，采取多组电源供电的方式来工作。控制器核心板：中央控制器是整个智能家居控制系统的核心，本设计采用嵌入式ARM-STM32F103芯片，通过一些预留I/O接口来连接其它功能子模块，并可以在客户需要其他功能时做出设备的扩展。功能子模块：功能子模块以控制器为核心，实现系统所需的特定功能，比如：智能灯光的控制、家庭电器设备的控制、室内温度及气体的采集、远程控制等。每个模块的实现功能都是由控制器来发送指令。智能家居控制系统内部通信：其主要实现的功能是完成中央控制器与功能子模块之间的信息传递。经过前面对有线与无线通信方式的分析与研究，本次设计采用无线通信方式做为智能家居控制系统的内部通信方式，并结合无线通信特点，本设计采用WIFI以及串口通信做为内部通信方式。智能家居控制系统外部通信：主要功能是实现用户通过Internet远程操作与控制家居设备，随着我国目前宽带网络的发展日趋完善，技术的不断成熟，现阶段我国常用的宽带接入方式有两种：ADSL、无线上网及常说的WIFI，因此在控制系统中采用这两种方式，添加W5300网关模块，并将WIFI作为其外部通信，以此来降低系统成本及复杂度。

（二）智能家居控制系统方案框图

经过对智能家居控制系统方案的选择及技术手段的选定，下图给出本次控制系统方案框图。由图可见，本次论文设计旨在实现的功能有：通过温湿度传感器采集房间的温湿度、通过气体传感器采集空气有害气体浓度、通过光照传感器测量房间光照度，通过无线网络实现智能家居统控制系统同Internet网络连接，并通过Yeelink网络实现实时检测与开关控制。

四、结语

总而言之，随着社会的发展，人们的生活环境在受到越来越大的威胁，集中体现为人们的生活环境在不断恶化，如果不对人们的生活环境进行高度重视，人类的可持续发展将受到严重威胁。所以世界各国纷纷采取了节能减排和低碳经济发展的策略。然而建筑作为人们日常生活中的最重要载体，其内的能源消耗和碳排放是低碳经济发展的一个重要方面，所以应该大力发展智能家居，在人们的居住环境方面对生活质量进行改进。人们越来越追求生活质量，所以用家庭智能化系统，具有重要的意义，也符合大众的心声。因此，智能家居控制系统有一个非常光明的前景，这也是本课题研究的意义。

参考文献

[1]武艳.智能家居中PLC控制系统的设计与实现[J].电子测试，，：1-3.

[2]王玉丽.一种基于Zigbee RF4CE的智能家居控制系统的设计[J]. 电脑知识与技术，2016，24：233-235.